信息與工程

首次實現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機數(shù)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事張強、范靖云、馬雄峰等與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和日本NTT基礎(chǔ)科學(xué)實驗室合作，在發(fā)展高品質(zhì)糾纏光源和高效率單光子探測器件的基礎(chǔ)上，利用量子糾纏的內(nèi)稟隨機性，首次成功實現(xiàn)器件無關(guān)的量子隨機數(shù)。相關(guān)論文發(fā)表于Nature。該成果將在數(shù)值模擬和密碼學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有望形成新的隨機數(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)。該工作及后續(xù)工作將為密碼學(xué)和數(shù)值模擬以及需要隨機性輸入的各個領(lǐng)域提供真正可靠的隨機性來源，同時由于可信任的隨機數(shù)源是現(xiàn)實條件下量子通信安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，器件無關(guān)隨機數(shù)的實驗實現(xiàn)也進一步確保了現(xiàn)實條件下量子通信的安全性。

基于量子糾纏的量子隨機數(shù)產(chǎn)生示意圖（圖片來源于中國科學(xué)院）

器件無關(guān)量子隨機數(shù)實驗裝置（圖片來源于中國科學(xué)院）

大腦皮層神經(jīng)元信息的讀碼機制解析

中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院靈長類神經(jīng)生物學(xué)重點實驗室空間感知課題組顧勇研究員等，通過結(jié)合決策信號的測量與微電流刺激的干擾兩種方法來解析大腦神經(jīng)元信息的讀碼機制，研究論文發(fā)表于《神經(jīng)元》。在獼猴大腦皮層中存在兩類細胞，感覺—決策一致性細胞和感覺—決策相反性細胞。兩類細胞之間通過特定的相關(guān)性噪音結(jié)構(gòu)連接。微電流刺激實驗表明兩類細胞都貢獻于獼猴的認知決策，但前者的讀取權(quán)重更大，大約是后者的兩倍。研究表明，大腦神經(jīng)元信息的讀碼權(quán)重不僅與特定腦區(qū)有關(guān)，還與特定腦區(qū)中的特定神經(jīng)元集群有關(guān)。

闡釋量子混沌系統(tǒng)

清華大學(xué)丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)中心助理教授金龍與美國加州大學(xué)伯克利分校Semyon Dyatlov教授合作，開展雙曲曲面上半經(jīng)典測度具有全支集的研究，研究論文發(fā)表于Acta Mathematica。曲面或區(qū)域上的拉普拉斯算子特征函數(shù)是量子態(tài)的簡單模型，其在半經(jīng)典極限下的分布情況由半經(jīng)典測度描述，與對應(yīng)的經(jīng)典力學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)緊密聯(lián)系。負曲率曲面上的測地流是經(jīng)典的混沌系統(tǒng)，刻畫其上的半經(jīng)典測度是量子混沌領(lǐng)域中最重要的問題。對于曲率為負常數(shù)的雙曲曲面研究證明了半經(jīng)典測度具有全支集，即半經(jīng)典極限下特征函數(shù)不能完全地集中在一個子集上。由此還可推出雙曲曲面上線性薛定鍔方程可由任意非空開集控制。

單分子場效應(yīng)晶體管研究進展

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院郭雪峰課題組和合作者開發(fā)了國際上第一種基于離子液體柵和石墨烯基單分子器件平臺的單分子場效應(yīng)器件，實現(xiàn)了單分子電荷輸運的高效控制。相關(guān)研究成果發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。場效應(yīng)晶體管是構(gòu)建電子電路的基本單元器件，其基礎(chǔ)原理為使用第三端柵電極來調(diào)控源漏兩端電極之間的電流。通過外加電場調(diào)控單個分子中的電荷傳輸可以實現(xiàn)單分子場效應(yīng)功能。這種新器件結(jié)構(gòu)克服了長期困擾該領(lǐng)域的短溝道效應(yīng)，為構(gòu)建高性能的單分子場效應(yīng)晶體管和研究與分子軌道能級相關(guān)的量子輸運效應(yīng)提供了可靠平臺。

生成對抗網(wǎng)絡(luò)研究在人臉識別領(lǐng)域新進展

中國科學(xué)院自動化研究所智能感知與計算研究中心孫哲南、赫然研究團隊，在生成對抗網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提出高保真度的姿態(tài)不變模型來克服人臉識別任務(wù)中最為經(jīng)典的姿態(tài)不一致問題。研究論文發(fā)表于NIPS（人工智能頂級會議神經(jīng)信息處理系統(tǒng)大會）。研究者總結(jié)了先前工作中存在的一些限制，例如，過于依賴低維信息約束，不能很好地保持原圖的語義信息等。設(shè)計新過程，解決了這些問題。實驗結(jié)果表明，該方法在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集上的表現(xiàn)的視覺效果和定量性能指標(biāo)都優(yōu)于目前最好的基于對抗生成網(wǎng)絡(luò)的方法。此外，HF-PIM所支持的生成圖像分辨率也在原有方法的基礎(chǔ)上提升了一倍。

高保真度的姿態(tài)不變模型示意圖（圖片來源于中國科學(xué)院自動化研究所）

在CelebA數(shù)據(jù)庫的HQ子集上的可視化結(jié)果，第一行為輸入圖像，第二行為通過我們的模型進行人臉正面化后的結(jié)果。（圖片來源于中國科學(xué)院自動化研究所）

高靈敏聚合物/AIE熒光氣體傳感器

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員江雷團隊通過結(jié)合聚合物和聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）分子，在不對稱浸潤性界面上限域構(gòu)建聚合物/AIE熒光微米線陣列作為氣體傳感器，利用聚合物溶脹誘導(dǎo)光強變化實現(xiàn)對有機氣體的高靈敏和特異性檢測；該成果發(fā)表于Nature Communications。通過理論計算揭示了熒光傳感器對氣體檢測的機理，并且利用現(xiàn)有商品化聚合物或AIE材料構(gòu)建傳感器陣列，實現(xiàn)對不同有機氣體的識別，證明方法具有普適性。更為重要的是，通過調(diào)控聚合物側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，可特異性識別并準(zhǔn)確區(qū)分性質(zhì)相似的有機氣體。

宇宙學(xué)和暗物質(zhì)前沿交叉研究

中國科學(xué)院理論物理研究所研究員李田軍及其合作者提出利用一種暗物質(zhì)候選粒子——軸子來自然地解釋一種反常的冷卻效應(yīng)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評論快報》。軸子（Axion）和類軸子（Axion-Like Particles）屬于WISPs，是一種理想的暗物質(zhì)粒子候選者。軸子暗物質(zhì)在早期宇宙演化的適當(dāng)時期可通過引力相互作用在Condensed Regime形成玻色—愛因斯坦凝聚（Axion BEC）。利用暗物質(zhì)軸子的玻色—愛因斯坦凝聚，在黎明時代前冷卻中性氣體氫，在此過程中，軸子凝聚形成的大尺度關(guān)聯(lián)放大了這種冷卻效應(yīng)，因此，中性氣體氫能夠以一種簡單合理的方式被冷卻，最終自然地解釋了EDGES觀測到的反常信號。

鉍氧化物高溫超導(dǎo)機理

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授封東來團隊與南京大學(xué)教授聞海虎、北京師范大學(xué)教授殷志平等合作，揭示鋇鉀鉍氧體系高溫超導(dǎo)機理，研究論文發(fā)表于Physical Review Letter。高溫超導(dǎo)是凝聚態(tài)物理的重要前沿方向。鉍氧化物即是一種重要的疑難超導(dǎo)體系，其超導(dǎo)電性首次發(fā)現(xiàn)于1976年。合作團隊通過不斷優(yōu)化樣品質(zhì)量、在世界上多個同步輻射線站優(yōu)化實驗條件，利用十微米量級的聚焦光束在不平整的表面上找到平整的小區(qū)域，最終獲得高質(zhì)量的光電子能譜。實驗材料長程庫倫相互作用導(dǎo)致了帶寬極大地增加。HSE/GW計算結(jié)果也表明長程庫倫相互作用所引發(fā)的帶寬增加效應(yīng)會導(dǎo)致這樣遠高于傳統(tǒng)理論估算值的電聲子耦合強度。